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              基于面向智能電網的3D-GIS平臺研究與構建

              發布時間:2020-04-03 14:15:07 作者:臻圖信息 閱讀量:1736

                  智能電網是我國電力系統新時期發展過程中的主流方向,我國電力系統在發展過程中旨在結合國內電網發展的現實狀況,聯系我國實際經濟實力、技術水平和發展水平構建具有中國特色的電網系統。為此需要國家電網企業盡快建設骨干網架,促進各級電網實現協調發展,創建互動化、自動化和信息化的智能電網,為我國社會穩定發展奠定良好基礎。

              1 3D-GIS平臺的建設需求

                  智能電網卞要特征之一便是信息化,以智能電網為基礎目標創建3D-GIS平臺是促進電網各個環節智能分析能力、信息集成能力以及電網數字化程度全面深化,提高電網管理、經營、生產實力的重要手段之一。

              1.1智能電網研究

                  智能電網主要是在原有物理電網基礎上,融入現代領域中先進的控制技術、計算機技術、信息技術、通訊技術、傳感測量技術,和物理電網進行高度集成后所誕生出來的新型電網模

              式。當下和智能電網相關的研究主要包括三種層面:

                 (1)對智能電網相關概念及其國內外發展現狀進行集中探討。

                 (2)針對智能電網實施過程、核心技術、主要特征以及電網原動力等層面實施合理評述。

                 (3)對我國智能電網相關技術實際發展狀況進行回顧,展望我國智能電網未來主要發展趨勢。

                  我國智能電網的相關信息平臺建設工作依然處于一種探索階段,而可視化、動態、三維電網呈現技術是智能電網未來發展過程中的主要方向,屬于技術發展重點環節。為此需要信息平臺為后期智能電網管理提供圖像化無縫接口,把從各種渠道傳輸過來的實時信息通過動態拓撲模型進行有效的集成處理,從而將其完整地呈現出來。

              1.2 3D-GIS平臺發展需求

                  實際上電網也屬于一種跨區域多維動態實時系統,而在數據處理和數據分析過程中,GIS也具有突出的應用功能。但其本質依然屬于一種抽象符號系統,無法為人們提供合理的人性化視覺感受。

                  3D-GIS平臺通過立體造型技術為廣大用戶展現出一種全面的地理空間形象,不但能夠準確描述出各種空間平面關系,同時還能夠表達出空間對象的垂向聯系,幫助用戶了解電網規劃過程中相關環境特點,比如通訊線路、架空線路、建筑物、水域狀況、道路信息以及山脈分布等內容,同時還能夠提供各種基礎數據信息以及三維空間信息,提升設備管理、應急指揮、電網調度的人性化水平與可視化程度,為智能電網發展奠定良好管理基礎。

              2 3D-GIS平臺構建的技術路線

                  此次研究過程中,要是利用三維GIS渲染技術、以神經網絡為基礎的機器學技術以及電力系統有效規劃技術等,研制出一種以神經網絡為基礎的電力規劃輔助系統。歷經數十年的發展,電力系統規劃在原有經驗主導規劃模式基礎上逐漸跨越到大數據技術為基礎的電力系統規劃模式,而其未來發展主流方向是以人上智能為基礎的電力系統最優規劃。此次研究主要目的是結合當下比較盛行的GIS三維渲染技術,結合人上智能算法,研制出一種能夠替代現有應用規劃操作的輔助系統。

              2.1 三維GIS渲染引擎技術

                  三維渲染引擎屬于三維GIS內的關鍵組成內容。而場景圖側是有效解決各種問題的重要手段之一。其主要是以樹形結構為主,通過樹的方式合理組織各種較為復雜的場景。同時場景組織人員還可以充分結合自身顯示需求,對具體結構進行合理設計,該種結構十分適用

              于層次化結構的場景管理。

                  GIS中主要通過不規則網格以及規則網格來標識地形,在地形簡化過程中也是結合相應的表示形式選擇相應的簡化算法。但因TIN相關數據結構形式十分復雜,所以每次調節分辨率都會涉及各種三角剖分任務,需要進行大量的計算,為此在實際應用操作過程中,應該盡量選擇GRID/DEM形式的規則網格進行表示。

                  針對場景內的各種物體,包括房屋建筑和地形等內容,在實施渲染之前需要實施椎體剔除,而具體的剔除措施是以物體包圍盒為標準實施。分別判斷包圍盒六個面,假如全部的面都是在視椎體外圍,便無需針對該物體實施渲染操作。

                  針對觀察者面前剔除各種遮擋面,部分大體積的物體能夠有效遮擋住各種小體積的物體,該種情況下便完全無需考慮對那此徹底被遮擋住的物體實施渲染操作。

                  因為場景中所設置的各種物體,其自身的紋理和構成材質各不相同,對于所選擇的場景結構而言,存在一種較為明顯的缺陷:渲染各種不同物體過程中,應該在各種渲染狀態中實施靈活切換。但該種情況下會十分費時,同時處理效率也相對較低。為此需要制定合理的解決方案,結合物體的紋理特征對渲染物體進行合組織,嚴格按照相應的規則條件進行,比如對貼圖紋理數量實施合理排序,從而在進行渲染過程中,便能夠有效控制渲染狀態,提升整體渲染效率。系統結合三維技術能夠促進實現用戶和之間順利交互,系統把建筑物、城市街道、正射影響以及三維地形等物體的三維立體模型有機融合起來,囊括各種電網空間和資

              源信息,了解電網運行、施工、設計、規劃等數字資源,使用戶可以通過終端觀看真實的三維線路場景和設備。

              2.2 以三維GIS為基礎的電力規劃輔助系統

              以三維GIS為基礎的電力規劃輔助系統具體如下圖所示。

               

                  城市電網規劃屬于一種十分復雜的工程任務,其中涉及到大量的計算內容,存在諸多無法確定的元素,同時電網規劃還涉及多種專業領域因為該行業的更新發展變化較快,該種復雜性也使傳統模式下,單純依靠規劃人員經驗進行的規劃設計無法滿足新時期的工作需求。而我國的城市電網上作正處于發展過程中,是專家干預和規劃輔助系統有機融合到規劃平臺和日?;巹澫嘟Y合之間的過渡階段,日?;囊巹澤献饕彩切聲r期的規劃發展卞要方向,為電力規劃提出了挑戰和全新的發展要求。為此需要積極研發出一種擁有良好擴展性、界面友好、結構科學的以GIS數據平臺為基礎的電網規劃輔助系統,這項工作對于我國電力系統發展具有重要的意義。

                  從體系結構層面分析,此次系統卞要是B/S結構模式,具體可以分成四種層次,分別是表現層、應用層、平臺層以及數據儲存層。

                  其中數據儲存空間的特點是服務器都是非結構化和結構化相結合的數據庫形式。平臺層特點是該層能夠提供較高三維渲染效率的三維GIS平臺和二GIS平臺,而平臺主要是通過當下所擁有的成熟科學技術實施獨立封裝,創建自由知識產權的GIS平臺,能夠突顯電網定制特征,同時還不會被GIS外部采購平臺所限制,能夠有效避免各種安全風險的影響。應用層的主要特征是,系統架構上層即應用系統,而客戶端界面的朝向主要是廣大用戶,服務器端通過功能模塊促進各種現實功能的有效落實。

                  表現層方面,整個系統能夠分成經濟評價、高壓網絡規劃、負荷預測、數據采集、電力資源管理、變電站選址定容、分析高壓現狀、控制臺等數個業務板塊。系統將3D-GIS平臺作為人機交互界面,通過容易平臺和信息模型進行架構,將和電網存在一定聯系的人文信息、社會信息、經濟信息,以及電網廣域實時信息輸入到系統當中,聯系營配信息、抄表信息、監控運行、故障診斷、客戶服務、電網搶修、電網調度等多種異構數據信息,促進電網實現全景動態可視化呈現,從而為智能電網相關體系構建提供良好的信息管理平臺和有效的數據信息。

              2.3 以深度學習模型為基礎的自動方案匹配

                  隨著時代進步和科技發展,經驗形式的電力規劃模式逐漸成為一種過去式,傳統形式的變電站與主網送電線路在實際規劃過程中主要是以相關專家所擁有的工程經驗進行合理的規劃工作,此次研究過程中打算結合人工智能深度學習相關模型算法為基礎,輔助城市電力

              規劃實施連結定容和選址選線等操作。

                  電力規劃屬于混合整數規劃的問題,其主要特點是受約束性、多階段和多目標。立足于數學角度層面進行分析,其也屬于運籌學層面的問題。像是混合整數規劃、線性規劃措施以及整數規劃等傳統運籌學方法,盡管其數學原理十分嚴謹,但在實際應用中,處理變電站相關規劃工作過程中,通常會不可避免出現搜索方向錯誤以及迭代發散各種問題。在變量不斷增加的條件下,通常會陷入到一種組合爆炸的問題當中,該種方法也無法獲得有效的問題優化方案。當下人工智能為基礎的多種優化算法逐漸變成解析變電站規劃數學模型的核心算法。

                  通過此次研究工作,創建一套以數據神經網絡為基礎的深度學習模型,并把電網架構歷史數據輸入其中,訓練自動規劃作為模型輔助,在實際應用操作中,進行合理修正,最終構建出自動化電網規劃模型,形成神經網絡系統,提升電網規劃質量。

              3應用實例

                  以上述關鍵技術框架為基礎構建的3D-GIS平臺系統已經在我國部分城市的電力企業當中有所涉及,系統能夠對電容、開關、配變、線路、電機、桿塔等設備信息進行臺賬管理。同時能夠針對配電網圖形信息進行調整、標注和測量,導出饋線的接線圖,科學設計電網走線等功能。此外系統還能夠設置巡檢任務,進行實時監控和信息發布,對集成配電線路進行故障診斷,運行視頻監控系統、集抄自動化系統,對供電企業、變電站、配變電和開關等運行狀態進行合理檢測,實時反饋各種故障信息。

              系統110千伏電網線路和TAS集成界面具體如下圖所示。

               

              結合先進的遙感影像技術支持,能夠將區域輸電線路相關信息和屬性通過三維方式直觀呈現出來,為決策人員進行數據判讀提供方便,實現科學的資源調度。系統0.4千伏線路的屬性查詢界面具體如下圖所示。

               

                  用戶能夠有效利用多種方法對配電網相關數據信息實施合理查詢,具體包括導線型號、

              電網長度、回路數、電網線路的起止點、連接方式以及電壓等級等基礎屬性信息,此外還包括無功功率、有功功率、電流和電壓等運行信息。在系統開始實施后,整體運行較為穩定,

              運行效果突出,為我國智能電網建設提供了有效經驗。

              4創新點

                  此次研究創新點要包括三個方面:

                 (1)在此次研究過程中,主要針對電網的運行特點,對現有的GIS三維渲染技術進行系統優化,從而形成一種能夠適應電網發展特性GIS渲染措施。

                 (2)在研究過程中,主要以電網規劃特點和流程,利用三維GIS平臺和二GIS平臺相關應用進行有效設計,構建出一套以三維GIS為基礎的輔助電力規劃系統。

                 (3)在此次研究主要結合深度學習算法和神經網絡進行,構建電力規劃的輔助成果設計模型,利用原有電網規劃數據和建設依據,促進模型的全面優化和深度學習,最終構建成一種智能化的電網規劃系統。

              5結語

                  綜上所述,未來電力系統主要發展目標是能夠實現電網的智能化控制,提升電網系統的經濟性和安全性,強化我國對于復雜電網的控制管理能力。為此需要充分利用3D-GIS平臺技術優勢,構建電力規劃輔助系統,簡化電網管控工作,為相關規劃管理人員提供可靠助手,將3D-GIS平臺融入到電網系統管理當中,實現智能化的電網規劃,促進電網系統穩定發展。

               

              原文來自:http://www.ficolor.com/blog/index.php/article/22.html

              標簽:智能電網   

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